基于列车网络系统的地铁列车受电弓控制设计

张军贤 杨 伟 黄 涛

（南车南京浦镇车辆有限公司智能产品研发部，210031，南京∥第一作者，工程师）

受电弓是从接触网吸取电流供动车使用的一种受流装置，通过绝缘子安装在首尾两节动车车顶。其升降控制系统采用列车硬连线。

网络控制技术作为现代列车的关键技术，在世界范围内得到了越来越广泛的应用。随着网络通信领域的迅速发展及列车控制与监控系统的不断成熟，采用网络控制代替传统的硬线控制已成为一种趋势。

本文提出的采用列车网络系统控制软件控制受电弓升降的设计方案，不需要车辆做任何的辅助控制，整个受电弓升降控制和带载诊断均在列车网络系统中实现，受电弓系统只需要根据网络发送的升降指令进行升降保护及操作即可。

1 受电弓控制功能需求

典型6节编组的地铁列车通常有前弓和后弓两组受电弓。车辆对受电弓的控制主要有升前弓、升后弓、升双弓、升单弓降另外一个弓、降双弓以及强制降弓等功能。任意时刻，降弓指令信号优先于升弓指令信号。升前弓、升后弓、升双弓，降双弓等操作命令可通过列车司机台按钮或司机显示屏发出。当列车出现紧急制动、列车需要进入休眠状态或列车转换采用车间电源供电时，需要人为提前降弓或控制系统进行强制降弓。

升降弓指令除发给受电弓控制单元外，同时被牵引、辅助及列车网络控制系统监视。牵引辅助监视降弓指令，用于牵引／辅助变流器做好关机准备。列车网络控制系统监视升降弓指令及受电弓等的位置，用于记录及显示等。

2 控制方案设计

本方案采用列车网络系统控制软件进行受电弓升降的控制。受电弓升降命令通过操作司机显示屏上的升降控制按钮发出，通过司机显示单元传输到列车网络系统的中央控制单元；中央控制单元结合相关系统设备状态等进行逻辑诊断，发出相应的升降控制指令到受电弓控制系统及牵引辅助系统，来控制受电弓的升降。

受电弓升降控制逻辑如图1所示。

图1 受电弓升降逻辑控制图

（1）在司机显示单元上进行受电弓升降的操作，若定义列车网络系统中央控制单元（VCU）程序不实现升降弓控制逻辑，则通过列车网络系统的远程输入输出模块RIOM 传输该指令到受电弓控制系统，由受电弓系统自己判断是否进行升降弓。

（2）若VCU 参与升降弓控制，则 VCU 先判断紧急制动按钮或列车睡眠继电器或车间电源或备用的条件变量（供条件扩展）是否激活；如果激活，则通知所有的牵引及辅助设备做好关机准备，并通知受电弓控制单元延时2 s强制降所有弓。

（3）如果车辆需要升单弓并降另外一个弓，则司机控制单元DDU 根据升单弓的指令，强制另一个弓的降弓指令为1；VCU 通知受电弓控制单元升该弓，延时2 s强制降另外一个弓，并通知相关牵引设备做好关机准备。

（4）如果紧急制动按钮、列车睡眠继电器、车间电源、备用的条件变量都没有激活，则VCU 判断本地降弓指令是否激活；若激活，则通知本地牵引设备做好关机准备，并延时2 s通知本地受电弓控制单元执行降弓操作。VCU 同时判断远端降弓指令是否激活，若激活，通知所有辅助设备做好关机准备并延时2 s执行远端降弓。若远端降弓指令没有激活，则不另外执行操作。

（5）若本地降弓指令没有激活，则VCU 判断本地升弓指令是否激活。若没有激活，则不执行升降弓操作；若激活，VCU 同时判断列车上任意ACE（列车辅助设备）交流接触器是否闭合。若ACE 交流接触器没有闭合，则执行本地升弓操作；若有任意一个ACE的交流接触器闭合，再看列车是否有高压存在。若有高压存在，执行本地升弓操作；若列车没有高压存在，则不执行本地升弓操作，并在DDU（司机显示单元）上显示“可能带载升弓！”。

升降远端弓与升降本地弓的控制流程相同，具体参见图1。

3 软件模块化设计

受电弓升降控制逻辑在软件中可设计为以下5个功能模块：①受电弓控制指令传输，包括2个子模块，分别为子模块1（DDU 传输升降弓指令到VCU）和子模块2（VCU 不参与控制，仅传输升降弓指令到受电弓控制系统）；②强制降弓；③升单弓并降另一个弓；④是否带载升弓诊断；⑤受电弓升降控制。5个模块分别对应图1中的1～5。

5个模块中，模块3设计在列车网络系统司机显示单元上做控制，其它模块功能全部在主控制单元中实现。所有模块独立设计，可根据不同项目功能需求进行调用。如：列车网络系统只传输受电弓控制指令而不参与受电弓升降控制，则调用模块1；若只判断是否带载升弓，则调用模块1的子模块1和模块4；若需要对受电弓的升降进行控制，可调用模块1的子模块1和模块2、4、5；若控制受电弓的升降并需具备升单弓时强制降另外一个弓的功能，则调用模块1的子模块1及模块2～5。

5个模块的代码设计略。

模块化设计对于不同需求的应用非常灵活，且模块修改方便，单独功能的变化不会影响其它功能模块的变化，可有效提高设计效率和软件的易维护性、可靠性。

4 测试验证

根据测试规范，采用AutoTest自动化测试软件，通过OPC（过程控制的对象连接与嵌入）接口访问待测模块的数据。OPC 通过软件模拟待测模块的输入输出信号，并通过可视化界面直接获取测试结果。图2为可视化界面输出的部分测试结果。

图2 可视化界面输出的部分测试结果

5 结语

利用列车网络系统软件控制受电弓升降的方案可减少利用列车硬线控制所产生的制造成本、布线、电磁兼容等带来的麻烦，且设计灵活性大，使得后期的控制功能升级、维护等非常方便。该控制软件已经通过自动化测试软件的测试，并在列车网络系统试验平台上得到了功能验证，具有软件控制逻辑严密、模块设计灵活、可靠性和维护性高等优点，能很好地满足车辆及用户的要求。

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